发布时间 : 星期二 文章计算机控制实验指导书(LABVIEW)2016.1.22.更新完毕开始阅读
计算机控制技术实验指导书 目 录
计算机控制理论实验 ............................................................................................................................. 2 概述 ......................................................................................................................................................... 2 实验一 A/D与D/A 转换 ................................................................................................................... 4 实验二 数字滤波 ................................................................................................................................. 7 实验三 D(s)离散化方法的研究 .......................................................................................................... 9 实验四 数字PID控制算法的研究 ................................................................................................... 13 实验五 串级控制算法的研究 ........................................................................................................... 16 实验六 解耦控制算法的研究 ........................................................................................................... 19 实验七 最少拍控制算法的研究 ....................................................................................................... 23 实验八 具有纯滞后系统的大林控制 ............................................................................................... 27 实验九 线性离散系统的全状态反馈控制 ....................................................................................... 29 实验十 二维模糊控制器 ................................................................................................................... 32 实验十一 单神经元控制器 ............................................................................................................... 35 计算机控制对象部分 ........................................................................................................................... 38 实验一 ACT-DT1A/ACT-DTA直流电机转速控制实验 ................................................................. 38 实验二 ACT-WK温度控制实验 ...................................................................................................... 41 实验三 ACT-DT3直流电机转速控制实验 ...................................................................................... 44 实验四 ACT-WKF温度控制实验指导书 ........................................................................................ 47 实验五 ACT-YK1单容水箱液位控制实验 ..................................................................................... 50 实验六 ACT-YK4双容水箱液位控制实验 ..................................................................................... 53 计算机控制理论软件说明 ................................................................................................................... 56 第一章 概 述 ..................................................................................................................................... 56 第二章 安装指南及系统要求 ........................................................................................................... 61 第三章 LabVIEW编程及功能介绍 ................................................................................................. 62 第四章 附 录 ................................................................................................................................... 92
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计算机控制技术实验指导书 计算机控制理论实验
概述
一．系统功能特点
1．以PC微机为操作台，高效率支持“计算机控制”的教学实验。
2．系统含有高阶电模拟单元，可根据教学实验需要进行灵活组合，构成各种典型环节与系统。 3．系统含有界面友好、功能丰富的软件。PC微机在实验中，除了用作实验测试所需的虚拟仪器外，还可用作测试信号发生器以及具有很强柔性的数字控制器。
4．系统的硬件、软件设计，充分考虑了开放型、研究型实验的需要。可自己设计实验内容，构建系统对象，编写控制算法，进行计算机控制技术的研究。
二．系统构成
实验系统由上位PC微机（含实验系统上位机软件）、ACCC-I实验台、USB2.0通讯线等组成。ACCC-I实验台内装有以C8051F060芯片（含数据处理系统软件）为核心构成的数据处理卡，通过USB口与PC微机连接。
1．ACCC-I实验台简介
ACCC-I控制理论实验台主要由ACCT-01A自动控制理论和计算机控制技术、ACCT-02物理对象——电机转速与温度控制、ACCT-03物理对象——液位控制等3个部分组成。
其中ACCT-01A自动控制理论和计算机控制技术由电源部分U1单元、元器件单元U2、数据处理单元U3、非线性单元U5～U7以及模拟电路单元U8～U16等共15个单元组成。
电源单元U1，包括电源开关，保险丝，＋5V，－5V，＋15V，－15V，0V，1.2V～15V可调电压的输出。
U2单元提供了实验所需的电容与电阻，电位器，另提供插接电路，供放置自己选定大小的元器件。
U3单元为数据处理模块，用于完成数据采集与数据输出，并通过并行口与上位PC机进行通讯。 U5，U6，U7分别为典型的非线性环节电路。
U8～U16为由运算放大器与电阻，电容等器件组成的模拟电路单元，由场效应管组成的电路用于锁零。在“计算机控制”实验中，这些单元常被用于模拟被控对象。
2．软件
系统上位机软件使用及怎样用LabVIEW 编程语言编写计算机控制软件详见《计算机控制技术软件说明》。
三．计算机控制实验系统实验内容
1． A/D与D/A 转换 2． 数字滤波
3． D(s)离散化方法的研究 4． 数字PID控制算法的研究 5． 串级控制算法的研究
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计算机控制技术实验指导书 6． 解耦控制算法的研究 7． 最少拍控制算法的研究 8． 具有纯滞后系统的大林控制 9． 线性离散系统的全状态反馈控制 10．二维模糊控制器 11．单神经元控制器
四．实验注意事项
1．实验开始前需要对实验台上的运算放大器电路进行调零。
2．运算放大器边上的锁零点G接线要正确。在需要锁零时，可与输入信号同步的锁零信号相连。如采用PC产生输入信号，则连U3单元的G1（同步对应O1信号），G2（同步对应O2）；如采用U2单元的输入信号，则连接U2单元上的G（同步对应U2单元发生信号）。锁零主要用于对电容充电后需要放电的场合，一般情况下不需要锁零信号。不需要锁零时，请把G与-15V相连。
3．系统软件支持锁零信号设定。通过对O1的端口输出实现其对应端口G1的输出，通过对O2的端口输出实现对应端口G2的输出(脚本程序对应处编程设定)，G1与G2信号分别与O1，O2信号同步。经常的操作有：用一路输出作为计算机控制时数据处理的D/A通道，另一路用来控制锁零信号；当同时需用O1与O2作为数据处理的D/A通道时，处理方法参照上面第2点内容。
4．在设计和连接被控对象或系统的模拟电路时，要特别注意，实验设备上的运放都是反相输入的，因此对于整个系统以及反馈的正负引出点是否正确都需要仔细考虑，必要时接入反相器。
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计算机控制技术实验指导书
实验一 A/D与D/A 转换
一．实验目的
1．通过实验，熟悉并掌握实验系统原理与使用方法。
2．通过实验掌握模拟量通道中模数转换与数模转换的实现方法。
二．实验内容
1．利用实验系统完成测试信号的产生
2．测取模数转换的量化特性，并对其量化精度进行分析。 3．设计并完成两通道模数转换与数模转换实验。
三．实验步骤
1．了解并熟悉实验设备，掌握以C8051F060为核心的数据处理系统的模拟量通道设计方法，熟悉上位机的用户界面，学习其使用方法；
2．利用实验设备产生0～5V的斜坡信号，输入到一路模拟量输入通道，在上位机软件的界面上测取该模拟量输入通道当A/D转换数为4位时的模数转换量化特性；
3．利用实验台设计并连接产生两路互为倒相的周期斜坡信号的电路，分别输入两路模拟量输入通道，在上位机界面的界面上测取它们的模数转换结果，然后将该转换结果的数字量，通过数模转换变为模拟量和输入信号作比较；
4．编写程序实现各种典型测试信号的产生，熟悉并掌握程序设计方法； 5．对实验结果进行分析，并完成实验报告。
四．附录
1．C8051F060概述
C8051F060是一个高性能数据采集芯片。芯片内集成了：
（1）与8051兼容的内核：额定工作频率25MHz，流水线指令结构，70%的指令的执行时间为一个或两个系统时钟周期。5个通用16位定时器∕计数器，59条可编程的I/O线，22个中断源（2个优先级）。
（2）模拟I/O：C8051F060的ADC子系统包括两个1Msps、16 位分辨率的逐次逼近寄存器型ADC，ADC 中集成了跟踪保持电路、可编程窗口检测器和DMA 接口；两个12位电压输出DAC转换器，用于产生无抖动的波形。内部电压基准，精确的VDD监视器和欠压监测器。
（3）存贮器：64KB片内闪速/电擦除程序存贮器（EEPROM）,4KB片内数据存贮器（SRAM）。 （4）片内其它外围：2个UART串行I/O,SPI串行I/O，专用的看门狗定时器，电源监视器，温度传感器，内部可编程振荡器3~24.5MHz或外接震荡器。 （5）供电电压：2.7V – 3.6V，多中节电和停机方式。
2．实验设备中的模拟量输入通道
（1）主要功能：允许－10V～＋10V信号输入，而至C8051F060引脚ADC的信号则被限制在要求的0V～＋3V（芯片基准电压为＋3.0V）。
（2）模拟量输入通道基本电路：见图1.1
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